轨道不平顺概率模型

为了高效选取轨道不平顺随机样本, 以满足车辆-轨道系统随机动力与可靠度分析中的激振源遍历性要求, 依据轨道随机不平顺的弱平稳与谱相似特征, 提出了一种轨道不平顺概率模型; 采用离散概率积分和统计方法, 在时域中将大量轨道不平顺检测信号分成若干个时程序列, 对每个序列采用谱分析法计算其统计功率谱密度分布; 采用矩阵法对轨道不平顺功率谱密度函数进行集合表征, 视每条谱线在不同频率点的功率谱密度概率具有累加性, 采用单一频率下的功率谱密度概率分布推知整条谱线的出现概率; 采用通用随机模拟方法选取代表性轨道谱, 并反演随机不平顺序列; 实测了某高速铁路约269km的轨道高低和方向不平顺, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 从轨道不平顺模拟幅值与车辆-轨道系统动力响应的概率密度分布出发, 对比了轨道不平顺概率模型与轨道不平顺随机模型的计算结果, 以验证轨道不平顺概率模型的正确性和高效性。计算结果表明: 以2种模型生成的轨道随机不平顺为激振源, 获得的车辆-轨道系统动力响应分布熵差异小于2%, 2种模型均能准确表达不平顺激扰特性; 为保证模拟与实测不平顺的概率密度分布一致, 采用随机模型和概率模型分别需要生成131和33个随机样本, 概率模型具有更高的分析效率; 在给定计算工况下, 轮轨力和车体加速度的幅值分别为38~152kN和-0.042g~0.043g (g为重力加速度), 均未超过《高速铁路设计规范》 (TB 10621—2014) 中的限值(轮轨力为170kN, 车体加速度为0.25g), 表明此高速铁路轨道不平顺状态较优, 行车安全性和舒适性可以得到保证。     

基于深度学习的高速磁浮轨道不平顺预估

轨道不平顺是列车振动的主要激扰源,对行车的安全性和乘客舒适性造成直接影响。以实测的轨道不平顺为基础,结合高速磁浮TR08型车辆结构特点以及深度神经网络的基本原理,利用TensorFlow构建神经网络表征轨道不平顺与车辆振动加速度的关系。提出了一种通过测量振动加速度进而构建神经网络实现对不平顺检测的方案。研究结果表明,深度神经网络预测的轨道不平顺值与真实值相对精度超过99%,且能够同时对高低和水平不平顺进行测量,为轨道不平顺测量新方法提供了理论基础。     

轨道不平顺激励下直线电机车辆/轨道动力响应

为了提高直线电机轮轨交通车辆运行的安全性与乘坐舒适性, 分析了车轨结构特征, 建立了直线电机车辆/板式轨道横、垂向动力学模型。通过三角级数法得到轨道随机不平顺的时间序列, 以其作为系统激励, 分析了直线电机车辆与轨道的随机振动特性。把轨道不平顺描述为余弦函数, 研究了高低不平顺与方向不平顺的波长和幅值对系统动力响应的影响规律。计算结果表明: 磁轨气隙变化的频率主要集中在1.2~2.0Hz范围内, 波长小于10m的高低和方向不平顺对系统轮轨作用力、脱轨系数及轮重减载率等影响显著增大, 应予以重点控制。     

机车对轨道横向随机不平顺的响应

本文用谱分析方法，分析和计算了机车在直线轨道上匀速运行时对轨道横向随机不平顺输入的动力响应，计及了轨道的横向弹性及轮轨间的非线性几何关系。在计算中采用统计线性化方法和迭化法，将结果与线性情况作了比较。     

车辆——轨道耦合系统随机振动分析

将轨道高低不平顺视为平稳各态历经随机过程,利用车辆－轨道耦合动力有限元计算模型,对车辆－轨道系统垂向随机动做了计算,在时域和频域内对系统响应作了分析。     

铁路轨道不平顺随机过程的数值模拟

分析了目前广泛应用的几种轨道不平顺模拟方法,构造了基于频域功率谱等效的一种新的算法,分别求出频谱的幅值和随机相位,再通过傅立叶逆变换是到轨道平顺时域模拟样本。数值模拟试验表明,这种模拟方法较其它模拟方法更为简洁有效。     

250km／h高速铁路轨道不平顺的安全管理

利用根据车辆－轨道耦合动力学思想所建立车辆－轨道垂横耦合模型,在充分考虑多种波长并存的情况下,仿真计算了250km/h高速铁路各种轨道不平顺的管理目标值。计算结果与日本和德国高速铁路轨道不平顺的经验管理目标值基本一致。     

中低速磁浮轨道疑似不平顺的Box-Whisker图筛选法

为了减少中低速磁浮轨道检测工作量和轨道检测设备占用线路的时间,提升轨道不平顺检测效率,提出了通过行车记录仪采集悬浮系统有关数据来筛选轨道疑似不平顺的方法;依据轨道线路不平顺异常对悬浮间隙、悬浮电磁铁垂向加速度及电磁铁电流等都会造成明显突变异常的基本思想,基于Box-Whisker图设定筛选阈值,利用悬浮间隙、悬浮电磁铁垂向加速度及电磁铁电流等数据进行三元阈值的异常筛选,并针对可能漏筛的数据再次分别基于一元和二元阈值筛选,并综合上述结果来判定轨道路段的异常等级,将多次被筛选出的异常判定为疑似不平顺路段;为进一步提升不平顺异常路段筛选结果的准确性,依据同一车厢的不同悬浮控制点通过相同不平顺异常路段时的数据应体现出重复性异常的思想,融合行车记录仪记录的多个悬浮控制点数据的筛选结果,以此综合评判路段的疑似不平顺,在此基础上应用提出的方法分析了长沙磁浮线M车厢左侧10处悬浮控制系统的数据。研究结果表明：提出的方法使现有全路段不平顺检测方式转变为利用轨检设备有针对性地检测疑似异常路段的方式,线路检测维护时间可减少20%左右。     

轨道扭曲不平顺安全限值的研究

本文用车辆－系统耦合动力学的理论，分析了轨道扭曲不平顺的幅值对车辆动力学性能的影响，并以《铁道车辆动力学性定办法和试验鉴定规范》中规定的第二限度（安全限度）为评定准则，提出了轨道扭曲不平顺的安全限值，并对其临时补修标准作出了评价。     

弹性轨道上磁浮车辆动力稳定性判断方法

分析了EMS型磁浮车辆的动力稳定性, 建立了简化的车轨耦合振动系统动力学模型, 推导了轨道各模态单独作用下系统的时变线性化动力学方程。通过对方程的化简, 得到系统状态矩阵和特征方程的相关系数, 根据系统渐进稳定条件下系数之间的关系, 推导了系统动力稳定应满足的基本条件, 并给出了快速判断动力稳定性的判据。当判据值大于1时, 系统稳定; 当判据值小于1时, 系统不稳定。研究结果表明: 当6种工况的速度分别为100、180、260、340、420、500km·h^-1, 抗弯刚度分别为4.83×1010、3.86×1010、3.38×1010、3.38×1010、3.86×1010、4.83×1010 N·m2, 轨道梁长度分别为24.8、22.4、20.4、20.4、22.4、24.8m时, 求得对应的稳定性判据值分别为1.639、0.624、2.339、0.870、3.252、0.571, 对应的Lyapunov特性指数分别为-3.580×10^-2、2.443×10^-1、-3.910×10^-2、1.515×10^-1、-5.471×10^-2、1.939×10^-1, 工况1、3、5的稳定性判据值大于1, 对应的Lyapunov特性指数小于0, 系统是稳定的, 工况2、4、6的稳定性判据值小于1, 对应的Lyapunov特性指数大于0, 系统是不稳定的, 2种判断结果一致, 因此, 提出的判据是有效的。而且稳定性判据解释了随着车辆速度增加而出现共振的原因, 揭示了车辆速度、车轨系统主要参数与磁浮车辆动力稳定性之间的关系, 避免了高维动力学微分方程求解的复杂性, 工程应用简便。     

磁浮车辆运行平稳性的虚拟激励分析方法

为方便、快速地分析多点输入轨道车辆的平稳性,基于虚拟激励原理,提出了平稳性分析方法。当车辆系统受多点全相关随机激励时,应用此方法将多输入多输出系统的响应功率谱矩阵的计算化简为两个矢量相乘,利用所获得的功率谱和随机振动中的反演技术,分析轨道车辆的平稳性指标。以TR08磁浮车辆为原型,建立了磁浮车辆的垂向动力学模型,运用虚拟激励分析方法计算了磁浮车辆的响应功率谱。在频域中,磁浮车辆车体中心处的Sperling指标为1.653,车辆的平稳性等级为优,通过反演运算获得了响应的幅值谱和时间历程,分析过程简单,计算结果准确。     

低速磁浮车辆动力学建模与导向机构仿真分析

在分析低速磁浮车辆结构及其运动学关系基础上, 利用SIMPACK软件, 建立了含主动悬浮控制的76个自由度的磁浮车辆虚拟样机模型, 开展了基于整车动力学的低速磁浮车辆导向机构仿真分析, 研究了T形臂、横向滑台及两者之间的运动学规律。仿真结果表明: 在300 m半径曲线和三转向架结构条件下, 为了保证磁浮车辆顺利通过曲线, 磁浮车辆导向机构前T形臂长度应大于后T形臂长度, 两者比值的优化区域在1.50和2.00之间; 车辆头尾T形臂相对于车体的转角幅值大小基本相同, 方向相反, 对应滑台的横向位移曲线形状与幅值基本相同; 同一转向架前后滑台的最大横移量之比等于前后T形臂长度之比。     

基于SIMPACK的磁悬浮车辆耦合动力学性能仿真模型

为了有效评价磁悬浮车辆动力学性能,引入SIMPACK仿真软件,根据磁悬浮车辆多体系统动力学拓扑关系图,建立了磁悬浮车辆-轨道-控制系统的耦合动力学模型,分析了试验结果和仿真结果。在模型中,磁悬浮车辆被视为多刚体,并具有两系悬挂系统,轨道被视为弹性欧拉梁,并考虑了磁悬浮车辆的控制系统性能。数值分析结果表明:梁的最大变形的计算值为1.5mm,试验值为1.6mm,车体的垂向加速度仿真结果与试验结果基本一致,利用仿真模型能较准确地预测耦合系统的动力学性能。     

新型全自动轨道巡检车动力学性能

为准确评估某新型全自动智能轨道巡检车的动力学性能,开展了轨道巡检车动力学数值仿真;轮轨接触采用非椭圆多点接触Kik-Piotrowski算法模拟,车辆系统建模过程中考虑悬挂力元非线性与轮轨接触几何非线性特性等因素,同时考虑车载设备参振影响;针对车轮踏面表面包裹高硬度聚氨酯的特殊结构,利用有限元软件ABAQUS建立了轮轨局部接触模型,采用Mooney-Rivlin橡胶模型模拟了聚氨酯特殊性质,计算了轮轨等效接触刚度;根据有限元计算结果修正了Kik-Piotrowski算法中的相关参数;基于Craig-Bampton模态综合法和多体动力学软件UM建立了车辆-轨道刚柔耦合模型;为验证仿真模型的准确性,开展了实车动力学试验;重点分析了直线和300 m小半径曲线,运行速度10~30 km·h^-1工况下巡检车的振动响应。研究结果表明：车辆正常运行时,中间视觉模块垂向最大加速度大于左侧视觉模块垂向最大加速度,横向最大加速度小于左侧视觉模块横向最大加速度,车架最大加速度大于视觉模块最大加速度;车架中部易产生垂向弯曲变形,和视觉模块安装位置有胶垫减振有关;轨道巡检车在直线和300 m小半径区间运行性能整体良好,其中车辆在300 m小半径曲线段内30 km·h^-1运行时,轮重减载率最大可达0.92,车架部位振动响应较大,为保证车载设备的安全性和避免车辆脱轨的风险,建议曲线段内检测速度控制在20 km·h^-1左右。     

紧急制动条件下地铁车辆与钢弹簧浮置板轨道动力相互作用

为了优化坡道上钢弹簧浮置板轨道的设计, 在考虑轮轨纵向作用关系与钢弹簧浮置板轨道特点的基础上, 运用多体动力学理论和有限元法建立了紧急制动条件下地铁车辆与钢弹簧浮置板轨道动力相互作用模型, 利用多体动力学软件UM验证了模型的有效性, 分析了车辆与轨道的动力响应。研究结果表明: UM软件与本文模型计算得到的车体纵向加速度和轮轨纵向力平均相对误差分别为1.3%、2.8%;在紧急制动过程中, 车体始终处于向前点头和纵向振动的状态, 导致前轮增载, 后轮减载; 由于板与板之间不连续, 钢轨和浮置板之间会产生纵向相对错动, 须注意钢轨与浮置板之间不协调的纵向变形; 间隔2组扣件布置一对隔振器方案(方案1) 所得板端钢轨垂向位移比板中大0.2 mm, 间隔2组扣件布置一对隔振器, 再间隔3组扣件布置一对隔振器方案(方案2) 所得板端钢轨垂向位移比板中小0.5 mm; 2种布置方案下, 轨道纵向变形相差不超过5%, 扣件和钢弹簧受到的纵向作用力相差不超过15%;短波轨道不平顺显著加剧了钢轨和浮置板的垂向振动效应, 不平顺状态下钢轨最大垂向加速度可达15g左右; 钢弹簧浮置板轨道可以降低传递到基础底部的垂向振动, 加速度降幅约为0.2 m·s^-2, 但会显著放大低频段钢轨、浮置板的垂向振动, 振动量增幅约为15 dB。     

Vibration characteristics of a multi-block high-temperature superconducting maglev system

The multi-block high-temperature superconducting (HTS) maglev system has more complicated dynamic characteristics than the single-block HTS maglev system.To study its vibration characteristics,we desig...     

超导EDS磁浮列车多级悬挂方案优化与动力学性能

研究了超导电动悬浮(EDS)磁浮列车悬浮架的悬挂方案,分析了超导EDS磁浮列车的工作原理和既有悬浮架的悬挂系统技术特征,提出了一种多级悬挂系统优化方案,从理论上推导了多级悬挂车辆的动力学微分方程;基于多体动力学软件SIMPACK与数学工具MATLAB/Simulink搭建了超导EDS磁浮列车动力学联合仿真框架,分析了超导EDS系统的磁力特性;将计算得到的电磁力组建成一个查找表,利用SIMPACK分别构建了既有悬挂方案和多级悬挂方案下3车体和4悬浮架的三编组超导EDS磁浮列车机械模型,借助MATLAB/Simulink建立了电磁力查找模型,通过SIMAT模块将查找表与机械动力学模型耦合,并通过联合仿真对比了在轨道随机不平顺条件下不同悬挂方案的超导EDS磁浮列车动力学响应。研究结果表明：与既有方案相比,采用多级悬挂方案时列车悬浮架和车体的振动响应明显减小,二者振动加速度峰值降幅均达到50%以上,车体振动加速度均小于1 m·s^-2,车体各向平稳性指标基本保持在2.5以下的优秀水平,证明采用多级悬挂方案可以改善列车运行时的动力响应,提高车辆整体的乘坐舒适性。研究工作可为超导EDS磁浮列车的悬浮架方案优化设计和动力学研究提供理论依据和参考。